饒世琦

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微電腦技術(shù)在煙塵測(cè)試中的應(yīng)用

饒世琦

福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

介紹了微電腦煙塵采樣儀的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)特點(diǎn)以及在煙塵測(cè)試應(yīng)用中的方法與步驟。結(jié)果表明，該儀器自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，完全可以滿(mǎn)足煙塵測(cè)試的要求。

煙塵 煙塵測(cè)試儀 微電腦技術(shù)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)測(cè)分析儀器自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提高，應(yīng)用十分廣泛的煙塵測(cè)試儀、色譜儀等，不僅具有自動(dòng)取樣、自動(dòng)控制測(cè)試、數(shù)據(jù)處理功能，還具有自校正、自診斷及連網(wǎng)功能。這種建立在專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的智能系統(tǒng)，代表了新一代分析儀器的發(fā)展方向。

煙塵采樣方法原則要求必須是等速采樣，即氣體進(jìn)入采樣嘴的氣流速度Vn應(yīng)與采樣點(diǎn)的煙氣流速Vs相等（見(jiàn)圖1），其相對(duì)誤差應(yīng)在10％以?xún)?nèi)，采樣速度大于或小于采樣點(diǎn)的煙氣流速都將使采樣結(jié)果產(chǎn)生偏差。以往煙塵采樣都采用皮托管平衡、靜壓平衡等采樣方法，這些方法計(jì)算步驟繁雜，采樣時(shí)都要采用手動(dòng)調(diào)節(jié)采樣流量來(lái)跟蹤煙氣流速，往往當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)流量無(wú)法跟蹤煙氣流速，不能滿(mǎn)足等速采樣的要求，造成結(jié)果偏差。微電腦煙塵平行采樣儀是采用傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合研制的煙塵監(jiān)測(cè)儀，儀器可自動(dòng)跟蹤煙氣流速等速采樣、數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算處理等，更科學(xué)、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，取得了良好的效果。

圖1 在不同采樣速度時(shí)塵粒運(yùn)動(dòng)狀況

1 工作原理

微電腦煙塵平行采樣儀采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)并結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)中廣泛應(yīng)用的皮托管平行采樣自動(dòng)等速跟蹤原理，結(jié)合傳感器及計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙塵采樣的自動(dòng)化。儀器的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器檢測(cè)到的靜壓、動(dòng)壓、溫度及含濕量等參數(shù)，計(jì)算出煙氣流速，根據(jù)煙氣流速計(jì)算出等速采樣的流量，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)將該流量與流量傳感器檢測(cè)到的實(shí)際抽氣流量相比較，計(jì)算出相應(yīng)當(dāng)最佳控制量，由控制電路調(diào)整抽氣泵的抽氣能力，使實(shí)際流量趨向于等速采樣流量。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的流量計(jì)前溫度和壓力自動(dòng)將實(shí)際采樣體積換算為標(biāo)況采樣體積，各項(xiàng)參數(shù)按需要進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、打印。計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)作為整機(jī)控制的中樞，還負(fù)責(zé)采樣的定時(shí)控制以及監(jiān)控采樣泵和整機(jī)電路系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，出現(xiàn)異常自動(dòng)采取相應(yīng)保護(hù)措施并報(bào)警。

2 主要特點(diǎn)

2.1 微電腦煙塵平行采樣儀采用進(jìn)口高精度微壓傳感器、溫度傳感器及微處理器，全部參數(shù)實(shí)現(xiàn)程序控制，可現(xiàn)場(chǎng)輸出等速采樣結(jié)果。

2.2 由皮托管測(cè)量動(dòng)壓，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)排氣溫度，自動(dòng)計(jì)算排氣流量，并自動(dòng)連續(xù)跟蹤排氣流量，實(shí)現(xiàn)等速采樣。

2.3 利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用干濕球法和溫度傳感器自動(dòng)檢測(cè)排氣含濕量以及傳感器檢測(cè)的動(dòng)壓，自動(dòng)計(jì)算自己最佳采樣嘴直徑，并自動(dòng)參入等速計(jì)算。

2.4 儀器采用雙CPU結(jié)構(gòu)，CPU之間相對(duì)獨(dú)立，互相監(jiān)視對(duì)方的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修正；CPU之間采用數(shù)字通信技術(shù)，輸入輸出通道全部采用光電隔離，電源電路采用多次濾波，A/D轉(zhuǎn)換采用硬件濾波與數(shù)字濾波結(jié)合的方式，使儀器在強(qiáng)干擾條件下得以正常工作。

2.5 微電腦煙塵平行采樣儀具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，配有通訊接口可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，可將儀器測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)直接傳送到微機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、查詢(xún)、打印。

2.6 微電腦煙塵平行采樣儀軟件設(shè)計(jì)采用240×128點(diǎn)陣STN型液晶顯示屏，視角可在0～135度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)配以自動(dòng)背光照明，達(dá)到良好的視覺(jué)效果。操作采用中文菜單圖文顯示，可以借助豐富的在線操作提示直接操作，極大減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)。軟件設(shè)計(jì)中還有以下功能：（1）自動(dòng)監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)，停電自動(dòng)保存工作數(shù)據(jù)，來(lái)電后可從停電處恢復(fù)采樣的功能。（2）采樣數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)功能及設(shè)置參數(shù)自動(dòng)記憶功能。（3）故障自動(dòng)保護(hù)功能：自動(dòng)監(jiān)測(cè)采樣泵的工作狀態(tài)，遇到故障自動(dòng)保護(hù)。（4）軟件標(biāo)定功能：通過(guò)鍵盤(pán)即可對(duì)儀器測(cè)量的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。（5）密碼保護(hù)功能：可以選擇在啟動(dòng)儀器時(shí)啟用密碼保護(hù)，以保證儀器內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全，密碼可以自行修改。

3 測(cè)定方法與步驟

3.1 采樣

連接好儀器部分氣路，在采樣槍裝入已稱(chēng)量的濾筒，換上已選好的采樣嘴，將采樣槍放入煙道內(nèi)規(guī)定的點(diǎn)位，使采樣嘴正對(duì)氣流，偏差不得大于5度，并密封好測(cè)孔，啟動(dòng)泵開(kāi)關(guān)。在動(dòng)壓項(xiàng)中，按〔狀態(tài)鍵〕，提示儀器處于采樣狀態(tài)，此時(shí)微機(jī)計(jì)算流量并自動(dòng)控制流量調(diào)節(jié)閥跟蹤流量，直至計(jì)算流量與采樣流量相等，完成等速采樣。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)測(cè)點(diǎn)采樣完后，按預(yù)先在采樣器上作出的標(biāo)識(shí)符在水平方向平行移動(dòng)至第二測(cè)點(diǎn)，使采樣嘴正對(duì)氣流方向，儀器自動(dòng)恢復(fù)采樣程序。

3.2 數(shù)據(jù)處理及打印

采樣結(jié)束后，顯示屏提示貯存采樣結(jié)果或現(xiàn)場(chǎng)打印出結(jié)果，也可在不關(guān)掉電源的情況下，按〔選項(xiàng)、選目鍵〕，記錄數(shù)據(jù)。同時(shí)，將采樣槍轉(zhuǎn)動(dòng)90度拿出煙道，并使采樣嘴朝上，用鑷子輕輕敲打采樣頭，將采樣嘴內(nèi)的塵粒刷入濾筒中，再用鑷子夾出濾筒并存放好，待稱(chēng)重用。

4 有關(guān)參數(shù)測(cè)量

4.1 濕度

濕度測(cè)量在煙塵采樣前進(jìn)行，把儀器連接好后，將儀器調(diào)至濕度測(cè)量連接濕度傳感器后儀器自動(dòng)采樣，待讀數(shù)穩(wěn)定后停止采樣，儀器自動(dòng)記錄濕度測(cè)量數(shù)據(jù)。

4.2 溫度

該儀器配備的熱電偶與采樣槍一體，有利于測(cè)量整個(gè)測(cè)量斷面的煙溫分布，測(cè)量時(shí)將儀器調(diào)至測(cè)量溫度項(xiàng)，用采樣槍逐點(diǎn)測(cè)量煙氣溫度。

4.3 流速

流速測(cè)量可采取在測(cè)量過(guò)程中，使儀器顯示計(jì)算流速和跟蹤流速記錄每點(diǎn)的瞬間計(jì)算流速，亦可從打印結(jié)果中查詢(xún)平均流速。

4.4 壓力

在采樣過(guò)程中，使儀器顯示壓力項(xiàng)（動(dòng)壓、靜壓或全壓）記錄每點(diǎn)的壓力值，亦可從打印結(jié)果中查詢(xún)平均壓力結(jié)果。

5 測(cè)量結(jié)果

為了驗(yàn)證儀器的可靠性，我們對(duì)常用鍋爐進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，從監(jiān)測(cè)結(jié)果表明微電腦煙塵平行采樣儀精確度高，采樣速度與采樣點(diǎn)的煙氣流速能達(dá)到采樣方法的要求，相對(duì)誤差在10％以?xún)?nèi)；能準(zhǔn)確測(cè)量污染源煙塵的排放濃度。

6 結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用表明，微電腦煙塵平行采樣儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，跟蹤精度高。

（2）測(cè)試結(jié)果平行性較好，能自動(dòng)采樣，避免人為測(cè)量的誤差。

（3）可以測(cè)量煙塵溫度、煙氣量、溫度、壓力、濕度等參數(shù)，測(cè)量數(shù)據(jù)齊全，完全滿(mǎn)足煙塵測(cè)試的要求。

（4）自動(dòng)化程度高，能自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并打印結(jié)果。

[1] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

[2] 青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所.皮托管平行自動(dòng)煙塵采樣儀使用說(shuō)明書(shū).2009.